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单片机原理MCS 51定时器计数器教学PPT 电子邮件:[电子邮件保护]电话:85191952地址:实验大楼B208，第6章MCS-51定时器/计数器，2，1-1定时器/计数器结构和工作模式，1-2定时器/计数器示例，3，1-1定时器/计数器结构和工作模式，定时器/计数器是MCS-51单片机的重要功能模块之一。
在检测、控制和智能仪器等应用中，定时器通常用作实时时钟，以实现定时检测、定时控制。
计时器也可以用来产生毫秒宽度的脉冲来驱动电机，如步进电机。
计数器主要用于计数外部事件。
在MCS-51单片机中有三个定时器/计数器T0、T1和T2。
本章主要介绍MCS-51结构、原理、工作模式及应用。
8051芯片上有两个16位定时器/计数器:定时器0 (T0)和定时器(T1)。
、5、、1、模式寄存器TMOD特殊功能寄存器TMOD是T0和T1的工作模式寄存器，其格式如下:TMOD的低4位T0的模式字段和高4位T1的模式字段具有相同的含义。
，6，7，定时和外部事件计数模式选择位C/T 0:定时模式。
1:外部计时法。
GATE 1:定时器计数由外部引脚输入电平0控制:定时器计数不受外部引脚输入电平控制。
，8，，2、控制寄存器TCON特殊功能寄存器TCON的高4位存储定时器的操作控制位和溢出标志位，低4位存储外部中断的触发模式控制位并锁存外部中断请求源。
TCON格式如下:定时器T0运行控制位TR0溢出标志位TF0定时器T1运行控制位TR1溢出标志位TF1，9，，3、定时器运行模式MCS-51的定时器T0有四种工作模式:模式0、模式1、模式2和模式3；定时器T1有三种工作模式:模式0、模式1、模式2。
10、模式0、模式0是一个13位计数器，由TL1的低5位和TH1的8位组成。
如果这个计数器加上一个计数器，从计算初始值到溢出的时间是:，11，例1:在某个时间写T0初始化程序1毫秒，12。
模式1、模式1和模式0之间的区别仅在于计数器中的位数不同。
第4章定时/计数器本章要点定时/计数器的工作原理定时/计数器的控制寄存器和方式寄存器定时/计数器的工作方式、计数初值的设置以及各种工作方式下的应用编程4.1 定时/计数器的结构及工作原理MCS-51单片机内部由两个16位可编程的定时/计数器，即定时器T0和定时器T1，52系列单片机提供3个定时器，第三个定时器为T2。
它们既可以用作定时器，又可用作计数器。
我们主要讲51系列单片机的定时/计数器。
4.1.1 定时/计数器的结构定时/计数器的基本结构如图所示。
基本部件是两个8位的计数器。
由TH0和TL0组成T0，由TH1和TL1组成T1，它们都是以加1的方式完成计数。
特殊功能寄存器TMOD控制定时/计数器的工作方式，TCON控制定时/计数器的启动运行并记录T0、T1的溢出标志。
通过初始化编程，可以预置计数初值、指定其工作方式及控制其运行1.定时器的工作原理在作定时器使用时，输入的计数脉冲是由晶体振荡器的输出经12分频后得到的，所以定时器也可以看作对机器周期计数的计数器。
故其计数速率为晶体振荡频率的1/12。
如果晶振频率为12 MHz，则定时器每接收一个输入脉冲的时间为1us。
4.1.2 定时/计数器的工作原理2.计数器的工作原理当它用作计数器时，它对接到相应的外部引脚T0(P3.4) 或T1(P3.5)上的外部事件计数。
在这种情况下，当检测到输入引脚上的电平由高跳变到低时，计数器就加1。
计数器在每个机器周期采样外部输入，当采样值在这个机器周期为高，在下一个机器周期为低时，则计数器加1。
因此计数器需要两个机器周期来识别一个从高到低的跳变，故最高计数速率为晶振的1/24。
不管是定时还是计数工作方式，定时器在运行时不占用CPU的时间，除非产生溢出才可能中止CPU的当前操作。
可见，定时/计数器是单片机内部效率高且工作灵活的部件。
这里要强调一点，MCS-51系列单片机的定时/计数器采用的是加1计数方式。
即单片机内部的计数器从初值开始一直加1，直到产生溢出为止。
4.2 定时/计数器的控制寄存器定时/计数器在开始使用前，必须设置相应的寄存器，以设定其工作方式等。
1. 定时/计数器的方式寄存器（TMOD）特殊功能寄存器TMOD中每位的定义如下图所示。
高4位用于定时/计数器1，低4位用于定时/计数器0。
特殊功能寄存器TMOD只能按字节寻址，不能按位寻址。
GA TE：门控位。
用来确定对应的外部中断请求引脚是否参与T0或T1的操作控制。
当GATE=0时，只要定时/计数器控制寄存器(TCON)中的TR0或TR1被置位时，T0或T1被允许开始计数；当GATE=1时，不仅要TCON中的TR0或TR1置位，还需要P3口的/INT0或/INT1脚为高电平，才允许开始计数。
后一种情况下一般用于测量外部脉冲的宽度。
定时器1定时器0: 定时器方式或计数器方式选择位。
时，为定时方式，其计数器输入为晶振的12分频，即对机器周期计数。
时，为计数方式，计数器的输入来自T0(P3.4)和T1(P3.5)端的外部脉冲。
2. 定时/计数器控制寄存器TCON特殊功能寄存器TCON用于控制定时器的操作及对定时器中断的控制。
特殊功能寄存器TCON既能按字节寻址（88H），又能按位寻址。
TF1：T1的溢出标志。
当T1计数溢出时由硬件则自动置1；在CPU响应中断处理时由硬件清0。
也可由程序查询后清零(非中断方式)。
TR1：T1的运行控制位。
该位置1或清0用来实现启动或停止定时/计数器。
TF0：T0的溢出标志；TR0：T0的运行控制位。
TMOD和TCON寄存器在复位时其每一位均清0。
TCON（88H）其各位定义如下图所示。
其中低4位与外部中断有关。
M1、M0 ：定时/计数器的四种工作方式选择。
4.3 定时/计数器的工作方式1．方式0当M1M0设置为00时，定时/计数器选定为方式0工作。
在这种方式下，计数器由THx中的8位和TLx中的低5位组成长度为13位的计数器。
TLx中的高3位未用。
它的计数范围为0~8191（213=8192）。
这主要是与MCS-48系列单片机保持一致，满足兼容性。
当GATE=0时，只要TCON中的TRx为1，TLx和THx组成的13位计数器就开始计数；当GATE=1时，不仅要TCON中的TRx为1，还要/INTx引脚为1才能使计数器开始计数。
当13位计数器加到全1以后，再加1就产生溢出。
这时，置TCON的TFx位为1，同时把计数器变为全0。
若要定时/计数器继续按方式0工作，则应按要求重赋初始值。
2．方式1方式1和方式0的工作相同，唯一的差别是THx和TLx组成一个16位计数器。
它的计数范围为0~65535（216=65536）。
3．方式2方式2把TLx配置成一个可以自动装载计数初值（计数初值自动恢复）的8位计数器，THx 作为赋值寄存器。
THx由软件设置初值。
当TLx产生溢出时，CPU一方面使溢出标志TFx置1，同时把THx 中的8位数据重新装入TLx中。
方式2常用于精确定时控制和产生串行通信用的波特率。
但它的缺点是定时位数较少（最多只能定时256个周期）。
4．方式3方式3只适用于定时计数器T0。
T1不能工作在方式3，若将定时计数器T1定义成方式3，T1将停止工作。
方式3使MCS-51具有三个定时/计数器。
当T0定义为方式3时，将使TL0和TH0分成两个相互独立的8位计数器。
TL0可用于计数器也可用于计时器。
TH0只用作定时器。
由于TL0利用了T0本身的一些控制位，它的操作与方式0和方式1类似，可用于计数也可用于计时。
而TH0被规定为只用作定时器功能，对机器周期计数，并借用了T1的控制位TR1和TF1。
在这种情况下TH0占用了T1的中断。
此时T1还可以设置为方式0~2中的任意一种，用于任何不需要中断控制的场合，或用作串行口的波特率发生器。
通常，当T1用作串行口波特率发生器时，才将T0定义为方式3，以增加一个8位计数器。
4.4 定时/计数器的应用举例4.4.1计数初值的计算由于计数器是加1计数并在溢出时产生中断请求，因此不能直接将计数值直接置入计数器，而应送计数值的补码。
设计数器最大计数值为M，则不同的工作方式，最大计数值M不同。
方式0：M=213=8192方式1：M=216=65536方式2、3：M=28=256置入计数初值X的计算公式如下：1.计数器方式：X=M-计数值2.定时器方式：（M-X）×T=定时值故，X=M - 定时值/ T其中T为计数周期，是单片机时钟的12分频，即单片机机器周期。
当晶振为6 MHz时，T=2us，当晶振为12 MHz时，T=1us。
【例4-1】单片机晶振为12MHZ，要求T0产生500µs定时，计算计数初值X。
解：由于计数周期T=1µs，产生500µs定时，则需要“+1”计数500次，定时器方能产生溢出。
（1）如果采用方式0：X=213-500=7692=1E0CH但在方式0中TL0高三位不用，都设为“0”，则1E0CH应写成：这样，只要将0F0H装入TH1，0CH装入TL1即可。
（2）如果采用方式1：X=216-500=65036=FE0CH；只要将0FEH装入TH1，0CH装入TL1即可。
采用方式1时，装入计数初值的程序段如下：MOV TH1, 0FEHMOV TL1, 0CH4.4.2定时/计数器的初始化由于定时/计数器是可编程的，因此在定时或计数之前要用程序进行初始化，初始化一般有以下几个步骤：①确定工作方式----对方式寄存器TMOD赋值。
②预置定时或计数初值----直接将初值写入TH0、TL0或TH1、TL1中。
③根据需要对中断允许寄存器有关位赋值，以开放或禁止定时/计数器中断。
④启动定时/计数器，使TCON中的TR1或TR0置1，计数器即按确定的工作方式和初值开始计数或定时。
4.4.3应用举例1.定时器方式0的应用例4-2：设单片机主频为12 MHz，利用定时器T1定时，使P1.0输出周期为2ms的对称方波。
解：用P1.0输出方波，周期为2ms。
即每1ms改变一次电平，故定时值应为1ms，可作1000次“+1”运算，使T1作定时器工作在方式0。
即采用13位计数器。
定时初值：X=M-计数次数=213-1000=7192=1C18H。
由于TL1的高3位不用，1C18H写成1110，0000，0001，1000B=0E018H。
TH1 的初值为0E0H，TL1的初值为18H。
方式寄存器TMOD：部分程序如下：ORG 0000HMOV TMOD，#00H ；设置T1工作方式(3字节)MOV TH1，#0E0H ；计数初值送计数器(3字节)MOV TL1，#18H ；计数初值送计数器(3字节)SETB EA ；CPU开中断(2字节)SETB ET1 ；T1开中断(2字节)SETB TR1 ；启动T1(2字节)SJMP $ ；主程序部分，可在此写其它的程序(2字节)；主程序共17Byte2.定时器方式1的应用例4-3：要求同例4-2，采用查询方式工作，查询标志位TF1。
解：若定时器T1采用方式1工作，即16位计数器，则定时初值：X = M - 计数初值= 216 –1000 = 64536 = 0FC18HTH1 的初值为0FC H，TL1的初值为18 H。
由于不采用中断方式，TF1置1后不会自动清0，因此要用指令使TF1清0。
部分程序如下：ORG 0000HMOV TMOD，#00H ；设置T1工作方式SETB TR1 ；启动T1LOOP：MOV TH0，#0 FCH ；装入T1的初值MOV TL0，#18H ；装入T1的初值JNB TF1，$ ；若TF1=0，则继续查询CPL P1.0 ；输出方波CLR TF1 ；TF1清0SJMP LOOP ；重复下一次查询程序很简单，但CPU的效率不高。
3.计数器方式的应用举例【例4-6】用T1来计数，工作于方式2，要求每计满100次，将P1.0端取反。
解：T1工作于计数方式，外部计数脉冲由T1（P3.5引脚）引入，每来一个由1至0的跳变计数器加1，由程序查询TF1的状态。
计数初值X＝28-100=156＝9CHTH1＝TL1＝9CH，TMOD＝60H（设置T1计数方式，方式2）源程序如下：ORG 0000HLJMP MAINORG 8000HMAIN: MOV TMOD, #60H ；T1工作方式2，计数方式MOV TH1, #9CH ；T1计数初值MOV TL1, #9CHSETB TR1 ；启动T1LOOP: JBC TF1, REP；如果TF1＝1跳转至REP，并把TF1清零SJMP LOOP ；否则等待REP: CPL P1.0 ；P1.0取反输出CLR TF1SJMP LOOPEND【例6-7】已知一个方波信号的频率为4MHz，编程对该信号进行分频以获得500kHz的方波信号。
